TUGAS AKHIR

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN DENGAN VARIABEL PERUBAHAN

KETINGGIAN 4M,3M,2M DAN PERUBAHAN DEBIT

Tugas Akhir ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

NURSALIM NIM : D200 08 0104

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2013

vi  

HALAMAN MOTTO

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan”

(Q.S.Al Insyirah: 6)

“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya

yang demikian itu sungguh berat kecuali bagi orang-orang yang khusu”

(QS. Al-Baqarah: 45)

“Hidup adalah perjuangan dan pengorbanan maka hargailah hidup”

(Penulis)

vii  

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh harap ridho Allah SWT teriring perasaan syukur dan

sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati

berbagai ujian dalam perjuangan yang abadi, Saya mempersembahkan

Tugas Akhir ini kepada :

1. Bapak Paiman dan Ibu Ruswanti yang dengan segala kasih

sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya, senantiasa

mendukung, membimbing dan mendo’akanku.

2. Sahabatku (teman-teman angkatan 2008 teknik mesin yang selalu

kompak, saling mendukung dan berbagi tidak akan saya lupakan )

3. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang

telah membimbing saya didalam perkuliah.

4. Bapak Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sartono Putro, MT.,

dan Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Nur Aklis, ST.,

saya berterima kasih atas penggarahan dan bimbingan yang

banyak diberikan di Universitas Muhammadiyah Surakarta.

viii  

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan

karunia- Nya yang telah terlimpahkan. sehingga Tugas Akhir ini dapat

terselesaikan dengan baik. Sholawat dan salam semoga selalu

dilimpahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga dan

sahabat-sahabatnya, Amien.

Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan

Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir banyak mendapat bantuan dari

berbagai pihak secara moril maupun materiil. Oleh karena itu pada

kesempatan ini, saya sampaikan rasa terimakasih yang tulus, kepada :

1. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Dosen Pembimbing I yang

telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam

penyusunan Tugas Akhir ini

2. Bapak Nur Aklis, ST, selaku Dosen Pembimbing II yang telah

meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan

arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

3. Bapak, Ir. Sunardi Wiyono, MT., selaku Pembimbing Akademik.

4. Bapak Paiman dan Ibu Ruswanti yang telah memberikan kasih

sayang, mendidik dan membesarkan.

5. Kakak-kakakku (mbak Rodiyah, mbak Sri) yang selalu memberikan

dukungan dan do’a.

ix  

6. Teman angkatan 2008 yang sudah banyak membantu saya dan

mendukung saya dalam perkuliahan selama di Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

7. Teman saya Andi, Dwi, Suwarno, yang telah banyak membantu

saya dalam melakukan penelitian ini dilapangan. Akhir kata, penulis

mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika sekiranya terdapat

kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang

disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu,

dana, literature yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki.

Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis

dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Surakarta, Maret 2013

Penulis

x  

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA DENGAN VARIABEL PERUBAHAN KETINGGIAN 4M, 3M, 2M DAN

PERUBAHAN DEBIT

Nursalim, Sartono Putro, Nur Aklis Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura. Email : nur_salim1890@yahoo.com

ABSTRAKSI

Turbin Kaplan adalah mesin konversi energi dengan air sebagai

fluida kerjanya. Dalam rancang bangun Turbin Kaplan perlu diperhatikan besar kecilnya debit aliran serta ketinggian air jatuh. Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah mendapatkan desain Turbin Kaplan dan pengaruh ketinggian dan debit air dengan sudut sudu rotor 450 dan stator 450.

Pengujian Turbin kaplan ini mengacu pada data pengukuran yang diperoleh dari survey aliran air di Waduk Lalung, Kabupaten Karanganyar yaitu dengan variable ketinggian (H) 4 m, 3 m, 2 m dan perubahan debit (Q) dengan sudut sudu rotor 450 dan stator 450 dengan diameter luar turbin (DL) = 30 cm, diameter leher poros turbin (DN) = 21,5 cm, diameter tengah turbin (DM) = 13 cm.

Dari hasil pengujian turbin Kaplan diperoleh hasil putaran turbin dari sudut sudu rotor 450 dan stator 450 pada putaran tertinggi 493,6 rpm dengan debit 132 dm3/s ketinggian 4 m pada bukaan pintu air 1, sedangkan putaran terendah pada ketinggian 2 m bukaan pintu air 4 dengan putaran 210,8 rpm dengan debit 57 dm3/s.

Kata kunci : turbin kaplan, sudu turbin, putaran turbin, debit, ketinggian

xi  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................. i

PERNYATAAN KEABSAHAN SKRIPSI ................................................ ii

HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... iv

LEBAR SOAL TUGAS AKHIR ............................................................... v

HALAMAN MOTTO ............................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................. vii

KATA PENGANTAR .............................................................................. viii

ABSTRAK .............................................................................................. x

DAFTAR ISI ........................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xiv

DAFTAR TABEL .................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUN

1.1 Latar Belakang ........................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................. 3

1.3 Tujuan Penelitian .................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian .................................................................. 3

1.5 Batasan Masalah .................................................................... 4

1.6 Sistematika Penulisan ............................................................ 4

BAB II DASAR TEORI

2.1 Kajian Pustaka ........................................................................ 6

2.2 Landasan Teori ....................................................................... 7

2.2.1 Energi Air ....................................................................... 7

2.2.2 Turbin Kaplan ................................................................ 9

2.3 Pemilihan Jenis Turbin ............................................................ 10

2.3.1 Berdasarkan Tinggi Jatuh (H) dan Jumlah

xii  

Putaran Spesifik (nqr), ................................................... 11

2.3.2. Berdasarkan Kecepatan Spesifik ................................. 11

2.3.3. Berdasarkan Debit dan Head ....................................... 12

2.3.4. Berdasarkan Efisiensi dan Daerah Kerja ..................... 15

2.4. Rumus Perhitungan Jenis Turbin Kaplan

2.4.1.Kecepatan Spesifik (nq) ................................................ 16

2.4.2 Kecepatan Keliling Turbin (u) ........................................ 16

2.4.3. Diameter Turbin (D) ...................................................... 17

2.4.4. Segitiga Kecepatan ..................................................... 18

2.4.5. Kecepatan Aliran (Vair) .................................................. 19

2.4.6. Profil Sudu Turbin ......................................................... 19

2.4.7. Tinggi Sudu Pengarah .................................................. 25

2.4.8. Daya Turbin[ P ] ............................................................ 26

2.4.9. Gaya Aksial [ w ] ........................................................... 26

2.4.10. Efisiensi [ηT] ................................................................ 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir ........................................................................ 28

3.2. Bahan dan Alat .................................................................. 29

3.3. Tahap Pengujian ................................................................ 30

3.4. Instalasi Penelitian ............................................................. 31

3.5. Lokasi Penelitian ................................................................ 32

3.6. Analisa Perhitungan ........................................................... 32

3.6.1.Kecepatan Spesifik .................................................... 33

3.6.2.Kecepatan Keliling Turbin ......................................... 33

3.6.3.Diameter Turbin (D) ................................................... 35

3.6.4 Segitiga Kecepatan ................................................... 36

3.6.5.Tinggi Sudu Pengarah ............................................... 47

3.6.6.Daya Turbin [ P ] ....................................................... 48

3.6.7.Gaya Aksial [ w ] ........................................................ 49

3.6.8.Efisiensi [ηT] ............................................................... 49

xiii  

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Gambar Hasil Rancangan Turbin ....................................... 50

4.2. Hasil Pengujian Putaran Turbin ......................................... 52

4.3 pembahasan ....................................................................... 52

4.3.1. Pintu Air Bukaan 1 .................................................... 52

4.3.2. Pintu Air Bukaan 2 .................................................... 53

4.3.3. Pintu Air Bukaan 3 .................................................... 54

4.3.4. Pintu Air Bukaan 4 .................................................... 56

4.3.4 Pintu Air bukaan 1, 2, 3 dan 4 .................................. 57

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ..................................................................................... 58

5.2. Saran .............................................................................................. 59

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiv  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Turbin Kaplan. .................................................................. 9

Gambar 2.2. Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur ....... 10

Gambar 2.3. klasifikasi turbin air menurut daerah penggunaan dari ... 11

Gambar 2.4. Tinggi jatuh air aktual untuk turbin tekanan ..................... 14

Gambar 2.5. Tinggi jatuh air aktual untuk tekanan lebih ...................... 14

Gambar 2.6. Grafik pembebanan turbin. .............................................. 15

Gambar 2.7. Sket Turbin Kaplan ......................................................... 17

Gambar 2.8. Sket profil sudu turbin ...................................................... 19

Gambar 2.9. segitiga kecepatan bagian luar ........................................ 20

Gambar 2.10. Koefisien gaya angkat dari tahanan .............................. 21

Gambar 2.11. Grafik kecepatan Spesifik (nq) ....................................... 22

Gambar 2.12. segitiga kecepatan bagian tengah ................................. 23

Gambar 2.13. segitiga kecepatan bagian leher .................................... 24

Gambar 3.1. Skema diagram alir .......................................................... 28

Gambar 3.2. Tachometer ...................................................................... 29

Gambar 3.3. Stopwatch ........................................................................ 29

Gambar 3.4. Meteran ............................................................................ 30

Gambar 3.5. Instalasi Penelitian ........................................................... 31

Gambar 3.6. Sket turbin ........................................................................ 35

Gambar 3.7. segitiga kecepatan untuk diameter luar (DL) ................... 37

Gambar 3.8. Segitiga kecepatan diameter untuk tengah (DM) ............. 40

Gambar 3.9. Segitiga kecepatan untuk diameter leher ( DN) ............... 43

Gambar 3.10. Profil sudu diameter leher (DN) .................................... 46

Gambar 3.11.. Profil sudu diameter tengah (DM) ................................ 46

Gambar 3.12. Profil sudu diameter tengah (DL) ................................. 47

Gambar 4.1. Sudu Turbin Kaplan ......................................................... 50 

Gambar 4.2. Roda jalan ........................................................................ 50 Gambar 4.3. Turbin Kaplan ................................................................... 51 Gambar 4.4. Instalasi turbin Kaplan ...................................................... 52

xv  

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran dan ketinggian pada

pintu air bukaan 1 ............................................................. 53

Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran dan ketinggian pada

pintu air bukaan 2 ............................................................. 54

Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran dan ketinggian pada

pintu air bukaan 3 ............................................................. 55

Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran dan ketinggian pada

pintu air bukaan 4 ............................................................. 56

Gambar 4.5 Grafik hubungan putaran dan ketinggian ......................... 57

xvi  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Pemilihan jenis turbin berdasarkan kecepatan spesifik. ...... 12

Tabel 3.1. Perhitungan Segitiga Kecepatan ......................................... 46

Table 4.1 Data hasil percobaan turbin Kaplan ..................................... 52